反旋流抑制密封间隙内流体激振研究

大型水泵机组、水轮发电机组中由于转子偏心导致的流体激振会增大转子的振动,影响转子的安全运行。该文根据密封模型搭建了实验台,研究了喷水、喷气等反旋流方法对密封间隙内的流体激振的影响,对比了在不同情况下转轴振动幅值变化,结果表明具有合适喷射位置和喷射流量的反旋流对密封间隙内的流体激振起抑制作用,并初步得到抑制密封间隙内流体激振最佳喷射位置和喷射流量。通过数值模拟计算了在不同的喷射位置、不同喷射速度的反旋流对密封间隙内流场的影响,在一定程度上解释了实验结论,二者所得的规律统一,为反旋流技术抑制流体激振在工程上应用提供有效的依据。     

反旋流对密封静力与动力特性影响的理论与试验研究

设计加工无/有反旋流共4种密封结构,从理论与实验两个方面研究反旋流对密封静力与动力特性的影响规律。建立反旋流密封静力特性CFD模型,理论分析反旋流对密封间隙流体切向速度、周向压力分布以及泄漏特性的影响;设计搭建反旋流密封动力特性试验台,试验测试无/有反旋流密封的泄漏特性,应用不平衡同频激励法试验研究反旋流对密封动力特性的影响。研究结果表明:反旋流可减小密封间隙流体的切向速度,进而降低密封间隙流体的周向压力差,且密封间隙流体周向压差随切向速度的减小而降低,这是反旋流抑制密封气流激振力的主要原因;密封的泄漏量随进出口压比的增加而增大,两者近似呈线性关系;与无反旋流密封相比,反旋流密封增加了密封的泄漏量,且随着进出口压比的增加,两者泄漏量差异增大;密封的动力特性系数的随密封进出口压比与转速的增加而增大。在相同工况下,主刚度大于交叉刚度约一个数量级,主阻尼与交叉阻尼数量级相同,且主阻尼大于交叉阻尼;反旋流可有效降低密封的等效刚度,增加密封的等效阻尼,提高密封的稳定性。     

超超临界汽轮机转子密封激振特性研究

考虑非线性密封激振力、可倾瓦轴承的弹性支承力、转子阻尼力、转子不平衡力与重力,建立超超临界600MW汽轮机高中压转子-密封系统的非线性动力学模型。该非线性转子-密封系统动力学方程组具有超大规模的维数,采用Newmark数值积分方法对其进行求解,模拟出运行在正常工况下与最大工况下转子不平衡响应与汽流激振的特性;对转子不平衡量和密封流体的周向平均流速对汽流激振现象的影响规律进行分析。结果表明:在一定的范围内,不平衡量大小对发生汽流激振的失稳转速影响很小;密封内流体周向平均速比是影响汽流激振的失稳转速的主要因素,适当减小密封内流体周向平均速比可提高汽流激振的失稳转速;超超临界机组运行在最大工况下高中压转子发生汽流激振的失稳转速明显低于正常工况下的失稳转速。     

透平压缩机械一种消振型迷宫密封的研究

研究了高参数透平压缩机械迷宫密封气流激振的机理，提出了一种消振型迷宫密封结构，试验结果证明在密封腔内加入纵向阻挡片，有效地阻止流体在腔内的周向旋转，提高了密封刚度，获得了满意的消振效果。     

气液脉冲两相流耦合激振数值模拟与试验

提出了一种气液耦合激振方式,通过控制气路和液路交替产生的高压脉冲两相振荡流,利用其产生的激振力实现对液压系统管道内壁的污染物去除。首先,建立了高压脉冲两相流动力学模型,开发了气液脉冲两相流试验系统,利用Ansys Fluent模块进行数值模拟与仿真分析;其次,湍流模型采用k-ε二方程模型,气液两相流采用流体体积函数(volume of fluid,简称VOF)模型,用Simple算法对双流体控制方程组进行迭代求解,对气液脉冲两相振荡流的压力场、速度场及流态进行了分析;最后,采用压力变送器和数据采集卡对气液入口处不同流体压力下管道中部的混合流体激振压力进行测量,对实测压力信号进行滤波,并与数值模拟进行对比。分析表明:混合流体激振压力随着进气口和进油口流体压力的增大而增大,变化趋势与数值模拟基本吻合;在气液交替混合过程中,随着通气时间的增加,混合流体激振压力逐渐增大。数值模拟和试验研究揭示了气液脉冲两相流的动力学特性,为气液两相流激振的可控性提供了理论依据和试验基础。     

反旋流抑制转子不平衡实验研究

转子不平衡是大型水泵机组、水轮发电机组中的常见故障,严重影响机组的安全稳定运行。该文搭建了模型实验台,研究了喷水、喷气等反旋流方法对转子不平衡响应的抑制作用。实验结果表明具有合适喷射流量的反旋流对转子不平衡响应起抑制作用,并研究了反旋流喷嘴数量对抑制转子不平衡响应的影响。对比了在不同情况下转轴振动幅值变化,初步得到抑制转子不平衡响应的最佳喷射流量。为反旋流技术抑制转子不平衡响应在工程上应用提供有效的实验依据。     

离心压缩机气流激振实例分析

离心压缩机在运行过程中由于密封腔中的气流有旋转,使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间的间隙变化不完全对应,最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度。特别是在一些扩容改造的离心压缩机组,为了提高效率,将密封的间隙降得很低,使得气流的激振更加突出。本文结合某台离心压缩机出现的气流激振故障,指出了解决气流激振的基本方法并成功完成了对该压缩机的技术改造。     

反预旋密封动力特性实验研究

密封的动力特性对旋转机械转子系统稳定性影响较大,反预旋密封是提高密封稳定性的有效方法。本文设计加工了阻旋栅与反旋流密封,实验研究了反预旋密封动力特性,设计搭建反预旋密封动力特性实验台,应用不平衡同频激励法实验研究反预旋对密封动力特性的影响。研究结果表明,反预旋密封的动力特性绝对值随进出口压比与转速的增大而增大;反预旋装置可有效降低密封交叉刚度,增加密封主阻尼,提高密封稳定性。本文研究揭示了反预旋密封抑制气流激振力的机理,为设计反预旋密封提供理论依据。     

三维转子密封系统气流激振的研究

提出了分析三维转子密封系统气流激振流固耦合作用的数值计算方法。首先建立三维转子密封流固耦合模型,然后直接数值求解密封流场的非线性气动力,形成了考虑流固耦合效应的转子密封气流激振问题的分析方法。数值计算表明,对应于不同的转速、压比和预旋,转子振动的各个频率成分的幅值不同,但始终存在着转子一阶临界转速频率成分,而且该成分的幅值随着转速、气流进口压力和正向进气预旋的增高而增大,与工程和试验中的密封气流激振现象有较好的一致性,捕捉到了密封气流激振的基本特性。     

偏心对汽轮机隔板汽封泄漏流动特性的影响分析

当汽轮机转子存在偏心时,隔板汽封间隙内的汽流激振力将发生变化,影响汽轮机组的安全运行。采用计算流体动力学软件,分析转子偏心工况下,某300 MW汽轮机高压缸第二压力级隔板汽封内汽流激振力的变化规律。结果表明：密封的周向压力近似呈余弦规律分布;随着偏心距的增加,隔板汽封内周向压力差逐渐增大;汽封间隙不变时,正向力、切向力和合力皆随着偏心距的增加而增加;在不同汽封间隙下,当转子偏心距相同时,间隙越小汽流激振力就越大。     

偏心对汽轮机隔板汽封泄漏流动特性的影响

当汽轮机转子存在偏心时,隔板汽封间隙内的汽流激振力将发生变化,影响汽轮机组的安全运行。采用计算流体动力学软件,分析转子偏心工况下,某300 MW汽轮机高压缸第二压力级隔板汽封内汽流激振力的变化规律。结果表明:密封的周向压力近似呈余弦规律分布;随着偏心距的增加,隔板汽封内周向压力差逐渐增大;汽封间隙不变时,正向力、切向力和合力皆随着偏心距的增加而增加;在不同汽封间隙下,当转子偏心距相同时,间隙越小汽流激振力就越大。     

迷宫腔中气流旋转速度的逐腔变化规律及其阻力计算

简述了迷宫腔中气流的周向分速度在迷宫气流激振力的形成中的作用,提出了迷宫气流平均周向速度c~*逐腔变化的计算方法,并且分析了气流在腔中流动时所受到的阻力计算对c~*值和迷宫密封的动力特性系数计算结果的影响。最后依据试验测得的c~*逐腔变化的数据,修正了气流流过迷宫的阻力系数λ_i的计算式。     

密封间隙对迷宫密封性能影响的三维数值分析

目前迷宫密封机制的数值模拟主要采用二维模型.为更准确地模拟迷宫密封的性能,在考虑周向湍流的情况下,建立迷宫密封的三维模型;采用GAMBIT对迷宫间隙进行非结构化网格划分,模拟密封间隙对迷宫密封性能的影响,并与二维截面模型模拟结果进行对比.结果表明:在考虑周向湍流的影响下,泄漏量相对于仅考虑横向及纵向湍流的影响有明显的减少,表明周向湍流的作用加剧了密封腔内的能量耗散,密封腔内节流效应显著,对整体的迷宫密封效果起到不可忽视的作用;随着间隙宽度的增大,流体速度降低,迷宫间隙内的节流效应降低,泄漏量逐渐增大.     

袋型阻尼密封动力特性数值与实验研究

通过非定常动网格技术，建立了袋型阻尼密封动力特性多频椭圆涡动求解模型，在实验验证求解模型准确性的基础上，研究了袋型阻尼密封腔室轴向长度、周向挡板数量及深度对密封动力特性的影响；并对不同周向挡板数量的等腔室袋型阻尼密封的泄漏特性进行实验研究。研究发现，密封腔室轴向长度为d=4/8mm的传统袋型阻尼密封比d=10mm的等腔室袋型阻尼密封的有效阻尼C_eff约增加21.5%；随着二次腔室轴向长度从d=10mm减小到d=6mm，有效阻尼C_eff约增加14.1%，流体压缩效应更加明显，增加了腔室内的动压，有利于抑制转子涡动。等腔室袋型阻尼密封的周向档板数量对其阻尼系数有显著影响，当涡动频率大于200Hz时，挡板数从24减少到4时，有效阻尼C_eff约增加37.8%，稳定性明显提高。当袋型阻尼密封空腔深度从3mm增加到6mm时，等腔室袋型阻尼密封的交叉刚度较大、C_eff约减小51.7%，稳定性降低。     

多孔射流式通风的流场特性分析

为了分析多孔射流风机作用下风场的流场特性,文中采用CFD方法,对多孔射流式风场模型内部流场进行了数值模拟,对比分析了不同喷嘴数量及排布方式对流场性能的影响,并引入涡动力学理论,分析了流场内涡结构的分布发展规律及其对流体掺混的影响。结果表明：喷嘴的数量及排布方式对流场性能有显著影响,外围喷嘴会对中心喷嘴的流动起到限制作用;流向涡对流体掺混效果的作用比展向涡大,在涡量一定的情况下,流向涡尺度越大、衰减越快,流体间的混合效果越好,流场稳定性越高。流场内速度及涡动力学分布表明,流场稳定性随着喷嘴数量的增加而显著提高,因此在保证经济性的前提下应尽量采用数量多的喷嘴排布方式。     

有压瞬变流激振理论及激振试验

对输流管道有压瞬变流波动产生的机理、传播特性进行分析,利用经典的液压波动方程对有压瞬变流激振进行数值计算。有压瞬变流激振试验测试了不同工况下不同测点的压力、速度、振幅等参数,并对其进行了对比性分析。结果表明,通过控制激波器及调定压力可实现对有压瞬变流激振的压力幅值、振动频率、位移和速度的可调与可控。     

进口预旋对高压迷宫密封流体激振转子动力特性的影响

采用基于转子多频椭圆涡动模型和动网格技术求解非定常Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS)方程,研究进口预旋对高压环境下迷宫密封非定常流场和流体激振转子动力特性的影响。分析对比进口预旋比为0.2、0.5和0.7时迷宫密封腔室的旋流强度、周向压力和转子动力特性系数。研究结果表明:高压环境下迷宫密封在低预旋比0.2时具有正的、与频率无关的直接刚度系数;随进口预旋比增大,迷宫密封有效阻尼显著减小,穿越频率明显增大;当预旋比从0.5增加至0.7时,有效阻尼的穿越频率从39.1 Hz升高至55.4 Hz;进口预旋增加会使得密封腔室周向旋流强度增加和周向压力分布不均匀性显著增强,进而导致迷宫密封的直接刚度和交叉刚度Kxy增加,高频区(f30 Hz)下直接阻尼降低和有效阻尼明显降低。     

不确定转子耦合系统的经验参数研究

提出用非线性动力学行为进行不确定转子-轴承-密封耦合系统经验参数的研究,结果旨在为选择重要经验参数和实际控制转子的稳定运行提供依据.基于Muszynska模型和Capone圆轴承非线性油膜力模型,推导建立密封流体激振力和油膜力共同作用下的参数不确定转子-密封-轴承系统非线性动力学方程,通过数值分析,研究了该系统在平均周向速比常数影响下的分岔特性以及影响规律,并分析了几个特定参数下系统随转速变化的分岔特性和非线性动力学行为.分析结果发现,平均周向速比常数对系统的非线性动力学行为影响很大,随着平均周向速比常数的增大,系统提前出现倍周期分叉,并且振幅增大,使得不稳定性增加.基于上述分析,给出了合理的平均周向速比常数取值范围.     

基于Fluent的高压喷嘴射流的数值模拟

研究收缩型喷嘴在初始压力为100 MPa,出口直径为1 mm的情况下喷嘴流场的速度、压力、湍动能等物理量的分布规律。选择不可压Reynolds方程作为动量方程,利用Fluent的SIMPLEC算法进行求解,对收缩型喷嘴射流进行数值模拟。结果表明:流体速度在喷嘴收缩段迅速增加,在离开喷嘴后出现等速流核区;流体动压在喷嘴收缩段增长快速,在等速流核区保持不变;仿真结果与理论推导相符合。     

迷宫密封对转子系统稳定性影响研究

透平机械中汽流激振力主要产生于各种形式的密封处,其对转子系统的稳定性有不良影响。因迷宫密封的存在而引起汽流激振,其各有关结构和工况参数对转子动力特性均存在影响。本文主要分析转子转速、入口预旋比、密封间隙、压差、齿数变化等一系列因素对转子系统稳定性的影响,为迷宫密封汽流激振的防治和迷宫密封设计中各参数的最优确定提供参考依据。